Разработка и реализация перспективных технических решений в области создания отечественных энергоэффективных преобразователей электроэнергии для ресурсосберегающей и экологически чистой автономной энергетики
Общие сведения о проекте
Прикладные научные исследования проводятся при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ.
Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.574.21.0170
Уникальный идентификатор соглашения: RFMEFI57417X0170
Программное мероприятие: 1.2 Проведение прикладных научных исследований для развития отраслей экономики
Приоритетное направление: Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Период выполнения: 26.09.2017 г. – 31.12.2019 г.
Исполнитель: ФГБОУ ВО "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)", кафедра «Электротехника и электрооборудование».
Руководитель проекта: Ютт В.Е., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Электротехника и электрооборудование».
Индустриальный партнер: ООО «Глобалтехэкспорт» (сайт партнера http://www.gtexport.ru/).
Ключевые слова: преобразователь напряжения, преобразователь частоты, инвертор, автономная электростанция, ветрогенератор, дизель-генератор, энергетическая эффективность, стабилизация напряжения, электроснабжение, экспериментальный образец, математическое моделирование
Сведения о ходе выполнения проекта на отдельных этапах
I этап. Обоснование и выбор направления исследований и разработок
В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 26 сентября 2017 г. № 14.574.21.0170 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014- 2020 годы» на этапе № 1 в период с 26.09.2017 г. по 29.12.2017 г. выполнялись следующие работы:
1.1.Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты – не менее 15 научно- информационных источников за период 2012–2017 гг.
1.2. Проведение патентных исследований в области разработки энергоэффективных преобразователей электроэнергии для ресурсосберегающей и экологически чистой автономной энергетики в соответствии с ГОСТ Р 15.011.96.
1.3. Теоретические исследования вариантов возможных решений задач ПНИ и выбор оптимального варианта.
1.4. Разработка структурных схем преобразователей напряжения, стабилизирующих действующее значение и частоту выходного напряжения.
1.5. Разработка требуемых электрических и функциональных параметров преобразователей напряжения, стабилизирующих действующее значение и частоту выходного напряжения.
1.6.Разработка программной документации на комплексную математическую (компьютерную) модель автономной электростанции на базе двигатель-генераторной установки и преобразователя напряжения в составе текста программы в соответствии с ГОСТ 19.401-78.
1.7. Разработка программной документации на комплексную математическую (компьютерную) модель автономной электростанции на базе ветроэлектрической установки и преобразователя напряжения в составе текста программы в соответствии с ГОСТ 19.401-78.
1.8. Разработка комплексной математической (компьютерной) модели автономной электростанции на базе двигатель-генераторной установки и преобразователя напряжения.
1.9. Разработка комплексной математической (компьютерной) модели автономной электростанции на базе ветроэлектрической установки и преобразователя напряжения
1.10. Организация и(или) участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию результатов ПНИ.
1.11.Разработка технических требований к составу и необходимому оборудованию для проведения комплексных исследовательских испытаний экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения (работы Индустриального партнера).
1.12. Разработка технических требований на аппаратные средства для исследовательских испытаний экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения, в том числе требований к устройствам контроля и регистрации показателей работы последних (работы Индустриального партнера).
1.13. Разработка предложений по созданию лабораторного стенда для проведения исследовательских (комплексных) испытаний экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения в составе автономной электростанции, в том числе разработка состава, структуры и требуемых функций стенда (работы Индустриального партнера).
При этом были получены следующие основные результаты:
1.1. Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты – не менее 15 научно- информационных источников за период 2012–2017 гг.
1.2. Проведены патентные исследования в области разработки энергоэффективных преобразователей электроэнергии для ресурсосберегающей и экологически чистой автономной энергетики в соответствии с ГОСТ Р 15.011.96.
1.3. Проведены теоретические исследования вариантов возможных решений задач ПНИ и осуществлен выбор оптимального варианта.
1.4. Разработаны структурные схемы преобразователей напряжения, стабилизирующих действующее значение и частоту выходного напряжения.
1.5. Разработаны требуемые электрические и функциональные параметры преобразователей напряжения, стабилизирующих действующее значение и частоту выходного напряжения.
1.6.Разработана программная документация на комплексную математическую (компьютерную) модель автономной электростанции на базе двигатель-генераторной установки и преобразователя напряжения в составе текста программы в соответствии с ГОСТ 19.401-78.
1.7. Разработана программная документация на комплексную математическую (компьютерную) модель автономной электростанции на базе ветроэлектрической установки и преобразователя напряжения в составе текста программы в соответствии с ГОСТ 19.401-78.
1.8.Разработана комплексная математическая (компьютерная) модель автономной электростанции на базе двигатель-генераторной установки и преобразователя напряжения.
1.9. Разработана комплексная математическая (компьютерная) модель автономной электростанции на базе ветроэлектрической установки и преобразователя напряжения
1.10. Организовано мероприятие, направленное на освещение и популяризацию результатов ПНИ.
1.11.Разработаны технические требования к составу и необходимому оборудованию для проведения комплексных исследовательских испытаний экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения (работы Индустриального партнера).
1.12. Разработаны технические требования на аппаратные средства для исследовательских испытаний экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения, в том числе требования к устройствам контроля и регистрации показателей работы последних (работы Индустриального партнера).
1.13. Разработаны предложения по созданию лабораторного стенда для проведения исследовательских (комплексных) испытаний экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения в составе автономной электростанции, в том числе разработан состав, структура и требуемые функции стенда (работы Индустриального партнера).
II этап. Проведение теоретических исследований. Разработка и изготовление объектов экспериментальных исследований
В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 26 сентября 2017 г. № 14.574.21.0170 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014- 2020 годы» на этапе № 2 в период с 01.01.2018 г. по 31.12.2018 г. выполнялись следующие работы:
2.1. Разработка программной документации на тепловую компьютерную модель силовой части преобразователя напряжения в составе текста программы в соответствии с ГОСТ 19.401-78.
2.2. Разработка тепловой компьютерной модели силовой части преобразователя напряжения.
2.3. Математическое моделирование работы стабилизирующих преобразователей напряжения в составе автономных электростанций с использованием комплексной математической (компьютерной) модели автономной электростанции на базе двигатель-генераторной установки и преобразователя напряжения.
2.4. Математическое моделирование работы стабилизирующих преобразователей напряжения в составе автономных электростанций с использованием комплексной математической (компьютерной) модели автономной электростанции на базе ветроэлектрической установки и преобразователя напряжения.
2.5. Математическое моделирование работы силовой части стабилизирующих преобразователей напряжения с использованием тепловой компьютерной модели.
2.6. Разработка методики расчета и выбора силового оборудования преобразователя напряжения, стабилизирующего действующее значение и частоту выходного напряжения.
2.7. Разработка эскизной конструкторской документации на экспериментальный образец стабилизирующего преобразователя напряжения для автономных электростанций малой мощности, предназначенных для резервного электроснабжения бытовых потребителей и телекоммуникационных систем.
2.8. Разработка программного обеспечения системы управления для стабилизирующих преобразователей напряжения.
2.9. Разработка программной документации на систему управления для экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения.
2.10. Разработка эскизной конструкторской документации на систему управления для экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения.
2.11. Изготовление экспериментального образца стабилизирующего преобразователя напряжения для автономных электростанций малой мощности, предназначенных для резервного электроснабжения бытовых потребителей и телекоммуникационных систем.
2.12. Проведение дополнительных патентных исследований в соответствии ГОСТ Р 15.011-96.
2.13. Подготовка и подача заявки на охранный документ.
2.14. Организация и(или) участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию результатов ПНИ.
2.15. Поиск, сравнительный анализ и выбор специализированного технологического и контрольно-измерительного оборудования, необходимого для проектирования, изготовления и обеспечения исследовательских испытаний экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения.
2.16. Разработка эскизной конструкторской документации на лабораторный стенд для проведения исследовательских (комплексных) испытаний экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения в составе автономной электростанции.
2.17. Разработка программы и методик входного контроля (испытаний) покупных комплектующих изделий для экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения.
2.18. Изготовление лабораторного стенда для исследовательских (комплексных) испытаний экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения в составе автономной электростанции.
2.19. Входной контроль (испытания) покупных комплектующих изделий для экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения.
При этом были получены следующие основные результаты:
2.1. Разработана программная документация на тепловую компьютерную модель силовой части преобразователя напряжения в составе текста программы в соответствии с ГОСТ 19.401-78.
2.2. Разработана тепловая компьютерная модель силовой части преобразователя напряжения.
2.3. Осуществлено математическое моделирование работы стабилизирующих преобразователей напряжения в составе автономных электростанций с использованием комплексной математической (компьютерной) модели автономной электростанции на базе двигатель-генераторной установки и преобразователя напряжения.
2.4. Осуществлено математическое моделирование работы стабилизирующих преобразователей напряжения в составе автономных электростанций с использованием комплексной математической (компьютерной) модели автономной электростанции на базе ветроэлектрической установки и преобразователя напряжения.
2.5. Осуществлено математическое моделирование работы силовой части стабилизирующих преобразователей напряжения с использованием тепловой компьютерной модели.
2.6. Разработана методика расчета и выбора силового оборудования преобразователя напряжения, стабилизирующего действующее значение и частоту выходного напряжения.
2.7. Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец стабилизирующего преобразователя напряжения для автономных электростанций малой мощности, предназначенных для резервного электроснабжения бытовых потребителей и телекоммуникационных систем.
2.8. Разработано программное обеспечение системы управления для стабилизирующих преобразователей напряжения.
2.9. Разработана программная документация на систему управления для экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения.
2.10. Разработана эскизная конструкторская документация на систему управления для экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения.
2.11. Изготовлен экспериментальный образец стабилизирующего преобразователя напряжения для автономных электростанций малой мощности, предназначенных для резервного электроснабжения бытовых потребителей и телекоммуникационных систем.
2.12. Проведены дополнительные патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
2.13. Подготовлены и поданы заявки на охранные документы.
2.14. Принято участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию результатов ПНИ.
2.15. Осуществлен поиск, сравнительный анализ и выбор специализированного технологического и контрольно-измерительного оборудования, необходимого для проектирования, изготовления и обеспечения исследовательских испытаний экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения.
2.16. Разработана эскизная конструкторская документация на лабораторный стенд для проведения исследовательских (комплексных) испытаний экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения в составе автономной электростанции.
2.17. Разработана программа и методики входного контроля (испытаний) покупных комплектующих изделий для экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения.
2.18. Изготовлен лабораторный стенд для исследовательских (комплексных) испытаний экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения в составе автономной электростанции.
2.19. Осуществлен входной контроль (испытания) покупных комплектующих изделий для экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения.
III этап. Разработка и изготовление объектов экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования. Обобщение и оценка результатов проекта
В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 26 сентября 2017 г. № 14.574.21.0170 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014- 2020 годы» на этапе № 3 в период с 01.01.2019 г. по 31.12.2019 г. выполнялись следующие работы:
3.1. Разработка эскизной конструкторской документации на экспериментальный образец стабилизирующего преобразователя напряжения, предназначенного для работы в составе автономных дизель- и ветроэлектрических электростанций переменной частоты вращения средней мощности.
3.2. Изготовление экспериментального образца стабилизирующего преобразователя напряжения, предназначенного для работы в составе автономных дизель- и ветроэлектрических электростанций переменной частоты вращения средней мощности.
3.3. Изготовление системы управления для экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения.
3.4. Разработка программы и методик исследовательских (стендовых) испытаний функциональных блоков экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения для автономных электростанций переменной частоты вращения.
3.5. Разработка программы и методик исследовательских (комплексных) испытаний экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения для автономных электростанций переменной частоты вращения.
3.6. Исследовательские (стендовые) испытания функциональных блоков экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения для автономных электростанций переменной частоты вращения.
3.7. Анализ данных исследовательских (стендовых) испытаний функциональных блоков экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения для автономных электростанций переменной частоты вращения.
3.8. Анализ данных исследовательских (комплексных) испытаний экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения для автономных электростанций переменной частоты вращения.
3.9. Корректировка параметров экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения для автономных электростанций малой и средней мощности по результатам исследовательских испытаний.
3.10. Разработка методических рекомендаций по проектированию преобразователей напряжения, стабилизирующих действующее значение и частоту выходного напряжения.
3.11. Технико-экономическая оценка полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем.
3.12. Разработка технических требований и предложений по разработке и производству продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера – организации реального сектора экономики.
3.13. Разработка проекта технического задания на проведение ОКР по теме: «Создание энергоэффективных модульных преобразователей напряжения для электрогенераторных установок переменной частоты вращения с системой накопления и хранения электроэнергии».
3.14. Разработка предложений и рекомендаций по использованию результатов интеллектуальной деятельности.
3.15. Разработка предложений и рекомендаций по реализации (коммерциализации) результатов ПНИ, вовлечению их в хозяйственный оборот.
3.16. Организация и(или) участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию результатов ПНИ.
3.17. Обобщение и выводы по результатам ПНИ.
3.18. Исследовательские (комплексные) испытания экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения для автономных электростанций переменной частоты вращения.
3.19. Дополнительные патентные исследования.
3.20. Проведение работ по маркетинговому исследованию потенциального рынка сбыта результатов проекта.
При этом были получены следующие основные результаты:
3.1. Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец стабилизирующего преобразователя напряжения, предназначенного для работы в составе автономных дизель- и ветроэлектрических электростанций переменной частоты вращения средней мощности.
3.2. Изготовлен экспериментальный образец стабилизирующего преобразователя напряжения, предназначенного для работы в составе автономных дизель- и ветроэлектрических электростанций переменной частоты вращения средней мощности.
3.3. Изготовлена система управления для экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения.
3.4. Разработана программа и методики исследовательских (стендовых) испытаний функциональных блоков экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения для автономных электростанций переменной частоты вращения.
3.5. Разработана программа и методики исследовательских (комплексных) испытаний экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения для автономных электростанций переменной частоты вращения.
3.6. Проведены исследовательские (стендовые) испытания функциональных блоков экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения для автономных электростанций переменной частоты вращения.
3.7. Выполнен анализ данных исследовательских (стендовых) испытаний функциональных блоков экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения для автономных электростанций переменной частоты вращения.
3.8. Выполнен анализ данных исследовательских (комплексных) испытаний экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения для автономных электростанций переменной частоты вращения.
3.9. Осуществлена корректировка параметров экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения для автономных электростанций малой и средней мощности по результатам исследовательских испытаний.
3.10. Разработаны методические рекомендации по проектированию преобразователей напряжения, стабилизирующих действующее значение и частоту выходного напряжения.
3.11. Осуществлена технико-экономическая оценка полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем.
3.12. Разработаны технические требования и предложения по разработке и производству продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера – организации реального сектора экономики.
3.13. Разработан проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Создание энергоэффективных модульных преобразователей напряжения для электрогенераторных установок переменной частоты вращения с системой накопления и хранения электроэнергии».
3.14. Разработаны предложения и рекомендации по использованию результатов интеллектуальной деятельности.
3.15. Разработаны предложения и рекомендации по реализации (коммерциализации) результатов ПНИ, вовлечению их в хозяйственный оборот.
3.16. Принято участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию результатов ПНИ, в том числе в конференциях с международным участием.
3.17. Выполнено обобщение и сделаны выводы по результатам ПНИ.
3.18. Проведены исследовательские (комплексные) испытания экспериментальных образцов стабилизирующих преобразователей напряжения для автономных электростанций переменной частоты вращения.
3.19. Проведены дополнительные патентные исследования.
3.20. Проведены работы по маркетинговому исследованию потенциального рынка сбыта результатов проекта.
